Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 4 2018 21 ТЕХНОЛОГИЯ Получение упрочняющих покрытий из аморфизируемых сплавов Fe-Cr-Si-B-C лазерно-плазменными методами Максим Хомяков a,* , Павел Пинаев b , Павел Стаценко c , Илья Мирошниченко d , Геннадий Грачев e Институт лазерной физики СО РАН, пр. Лаврентьева, 15Б, г. Новосибирск, 630090, Россия a http://orcid.org/0000-0001-8095-2092, mnkhomy@laser.nsc.ru, b http://orcid.org/0000-0003-1232-4945, pavel_academ@mail.ru , c http://orcid.org/0000-0002-5396-7990, statsenkopa@laser.nsc.ru , d http://orcid.org/0000-0001-6911-4207 , mib383@gmail.com, e http://orcid.org/0000-0001-8853-3079, grachev@laser.nsc.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2018 Том 20 № 4 с. 21–34 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.4-21-34 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Интерес к получению аморфных металли- ческих покрытий на поверхности конструкци- онных материалов не ослабевает на протяжении нескольких десятилетий из-за их выдающихся ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.048.7 История статьи : Поступила: 14 сентября 2018 Рецензирование: 01 октября 2018 Принята к печати: 31 октября 2018 Доступно онлайн: 15 декабря 2018 Ключевые слова : Лазерная плазма Лазерные технологии Упрочнение поверхности Аморфные металлические покрытия Твердость Fe-Cr-Si-B-C Благодарности Авторы благодарны сотрудникам ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» НГТУ Владимиру Андреевичу Батае- ву и Любови Вадимовне Чучковой за помощь в проведении исследований структуры полученных покрытий. Финансирование Исследование выполнено при фи- нансовой поддержке РФФИ и Пра- вительства Новосибирской области в рамках научного проекта № 17-48- 543315. АННОТАЦИЯ Введение. В последние годы в Институте лазерной физики разработаны основы лазерно-плазменных методов модификации поверхности и микропорошкового нанесения покрытий. Методы основаны на применении плазмы оптического пульсирующего разряда, который зажигается повторяющимися с высокой частотой следования (10…120 кГц) импульсами излучения СО 2 -лазерной системы генератор-усилитель (длительность импульсов на полувысоте τ = 150…200 нс), сфокусированными на обрабатываемой поверхности в газовом или газопорошковом потоке. Ведутся работы по поиску новых актуальных применений данных методов. Интерес к получению аморфных металлических покрытий на поверхности конструкционных материалов не ослабевает во всем мире на протяжении нескольких десятилетий из-за их выдающихся физических, химических и механических свойств. Цель работы: получение упрочняющих покрытий из аморфизируемых сплавов системы Fe-Cr-Si-B-C, исследование возможности получения аморфной структуры покрытий лазерно-плазменными методами. Теория. При интенсивном тепловом воздействии пульсирующей лазерной плазмы на поверхность металлических сплавов проведено численное моделирование зависимости толщины аморфизированного слоя от свойств материала, параметров лазерного излучения и лазерной плазмы. Методика экспериментального исследования. Эксперименты проводились в два этапа на созданной в институте технологической установке. Сначала методом лазерно-плазменного нанесения получали сплошные покрытия из порошков марок ПР-Х4ГСР (Fe 71.75 Cr 3.33 Si 3.54 B 14.10 C 4.81 Mn 1.74 V 0.73 ) и ПР- Х11Г4СР (Fe 66.8 Cr 10.79 Si 5.3 B 11.42 C 2.85 Mn 2.84 ) на поверхности стальных подложек. Затем проводили быструю лазерно-плазменную модификацию поверхности покрытий для переплава тонкого поверхностного слоя. Результаты и обсуждение. Численными методами для сплавов системы Fe-Si-B теоретически показана возможность получения аморфного слоя толщиной 3…5 мкм, определен требуемый диапазон параметров лазерно-плазменной модификации. Измерена твердость и определена толщина получаемых покрытий в зависимости от параметров нанесения. Твердость, измеренная методом наноиндентирования, составляет 12 ± 1 ГПа – для покрытия из порошка ПР-Х4ГСР и 8,5 ± 0,7 ГПа – для ПР-Х11Г4СР, толщина покрытий 0,1...0,4 мм. Структура покрытий исследована при помощи оптической микроскопии, РЭМ и рентгеновской дифракции. Показано, что лазерно-плазменная модификация поверхности приводит к измельчению структуры в поверхностном слое покрытий. Характерный размер кристаллитов составляет 0,5…1 мкм. Твердость переплавленного слоя при этом возрастает до значений 13,8 ± 0,7 ГПа – для сплава ПР-Х4ГСР и до 10,5 ± 0,5 ГПа – для сплава ПР-Х11Г4СР. Аморфная фаза в переплавленном слое покрытия не обнаружена, что, вероятно, объясняется увеличением критической скорости охлаждения при лазерной аморфизации в сравнении с традиционными методами закалки из расплава. Для цитирования: Получение упрочняющих покрытий из аморфизируемых сплавов Fe-Cr-Si-B-С лазерно-плазменными методами / М.Н. Хомяков, П.А. Пинаев, П.А. Стаценко, И.Б. Мирошниченко, Г.Н. Грачев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 4. – С. 21–34. – doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.4-21-34. ______ *Адрес для переписки Хомяков Максим Николаевич , м.н.с. Институт лазерной физики СО РАН, пр. Лаврентьева, 15Б, 630090, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 330-47-36, e-mail: mnkhomy@laser.nsc.ru